MPLS的技術(shù)優(yōu)勢及相關(guān)問題

2019-11-04 22:40:08

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供稿：網(wǎng)友

　　摘要： MPLS在解決網(wǎng)絡(luò)的擴展性、實施流量工程。同時支持多種要求特定QoS保障的ip業(yè)務(wù)等諸多方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。但是它在對標(biāo)簽合并功能的支持、解決環(huán)路問題和如何實施分類業(yè)務(wù)等方面還存在相當(dāng)大的難點。MPLS像其他寬帶技術(shù)一樣，會不斷發(fā)展，最終形成一套統(tǒng)一完善的寬帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　要害詞： MPLS 標(biāo)簽合并流量工程
　　
　　一、當(dāng)今的Internet網(wǎng)絡(luò)
　　隨著Internet的不斷增長，各種新興業(yè)務(wù)以及迎合其需求的專有網(wǎng)絡(luò)也在不斷發(fā)展，但是原先針對不同業(yè)務(wù)、同時處理多種網(wǎng)絡(luò)連接的運營方式已經(jīng)束縛了企業(yè)的發(fā)展，它們希望通過一個單一、靈活的接入設(shè)備來提供多種混合業(yè)務(wù)，并在將來執(zhí)行統(tǒng)一的接入?yún)f(xié)議，如IP，然而，不同的業(yè)務(wù)（如語音、數(shù)據(jù)和多媒體應(yīng)用等）對網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的要求差別很大，假如ISP依舊基于傳統(tǒng)路由器發(fā)展大規(guī)模的IP網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)問題（如路由器轉(zhuǎn)發(fā)部件的軟件操作，構(gòu)造高速路由器組件的開銷，傳統(tǒng)路由尋徑機制在傳輸時難以預(yù)計的網(wǎng)絡(luò)性能，網(wǎng)絡(luò)無法提供針對特定業(yè)務(wù)的QoS等）將變得日益尖銳。
　　
　　相對于IP路由技術(shù)，基于ATM和幀中繼的快速交換技術(shù)可利用多種轉(zhuǎn)發(fā)算法（其本質(zhì)就是標(biāo)簽交換算法）。由于這些轉(zhuǎn)發(fā)算法簡單有效，因而被直接固化到交換機硬件內(nèi)部。與傳統(tǒng)的IP路由機制相比，L2層的快速交換技術(shù)具有很高的性能價格比。
　　
　　為解決上述IP網(wǎng)絡(luò)存在的問題，每個ISP都渴望尋求一種能夠結(jié)合快速交換技術(shù)和IP路由技術(shù)中各自優(yōu)勢的網(wǎng)絡(luò)解決方案，由此標(biāo)簽交換技術(shù)應(yīng)運而生。標(biāo)簽交換技術(shù)就是致力把L2層交換技術(shù)的最優(yōu)屬性（通常由ATM或幀中繼具體實現(xiàn)），與L2層路由技術(shù)的最優(yōu)屬性（由IP具體實現(xiàn)）緊密結(jié)合起來，其中多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）是目前標(biāo)準(zhǔn)最統(tǒng)一、最具發(fā)展前景的標(biāo)簽交換技術(shù)。MPLS由Internet工程任務(wù)小組（IETF）制定，始于1997年初，它被設(shè)計成為能夠符合大規(guī)模電信級網(wǎng)絡(luò)所必須遵循的各種屬性。其目標(biāo)是實現(xiàn)在大規(guī)模IP網(wǎng)內(nèi)，通過ATM和幀中繼等多種媒介實現(xiàn)保證QoS的快速交換，因而MPLS的出現(xiàn)對于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展將具有革命性的意義。
　　
　　二、MPLS技術(shù)中的要害概念
　　由于MPLS技術(shù)可適用于任何網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，故稱為多協(xié)議（multiPRotocol），目前主要是致力于傳輸IP業(yè)務(wù)。同時，多協(xié)議也表明MPLS技術(shù)的應(yīng)用并不局限于某一特定的鏈路層媒介，即采用MPLS技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包可以基于多種物理媒介進行傳送，如ATM、幀中繼、租賃專線／PPP等。在MPLS網(wǎng)絡(luò)中的要害元素是標(biāo)簽交換路由器（LSR），它具備了理解和參與IP路由與L2層交換的能力。MPLS要求LSR參與IP路由，其轉(zhuǎn)發(fā)機制與傳統(tǒng)逐跳路由判決機制的區(qū)別很大。結(jié)合上述多種傳輸技術(shù)，通過一種單一的操作模式，MPLS可以避免在L2層與L3層之間因相互操作而產(chǎn)生的相關(guān)問題，同時確保兩種機制獨立運行。LSR通過L3層的標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議（如OSPF）進行尋徑操作。從而獲得整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由此獲悉的路由信息將用來對特定IP報文分配相應(yīng)的標(biāo)簽（Label）。從端到端的角度上來看，標(biāo)簽用于確定端點之間IP報文的傳輸路徑，這種路徑被稱為標(biāo)簽交換路徑（LSP）。LSP是通過MPLS的核心協(xié)議標(biāo)簽分配協(xié)議（LDP）在LSR對等體（Peer）之間建立的，其本質(zhì)上與交換技術(shù)定義的VC連接十分相似。在傳輸IP報文時，MPLS標(biāo)簽邊緣路由器（LER）通過特定判決機制，對報文進行標(biāo)簽封裝，隨后將攜帶特定標(biāo)簽的報文轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部升級后的交換機（如ATM-LSR或LSR），它們在接收到相應(yīng)IP報文后通過內(nèi)部的標(biāo)簽信息庫（LIB）進行標(biāo)簽查詢與交換并沿著LSP轉(zhuǎn)發(fā)報文。
　　
　　三、MPLS的技術(shù)優(yōu)勢
　　MPLS在解決網(wǎng)絡(luò)的擴展性、實施流量工程、同時支持多種要求特定QoS保障的IP業(yè)務(wù)等諸多方面具備得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢。下文將具體分析MPD的技術(shù)特點。
　　
　　1．?dāng)U展性
　　
　　目前多數(shù)網(wǎng)絡(luò)基于IP over ATM／幀中繼的重疊模型組網(wǎng)方式。無論是對于路由協(xié)議的影響,還是對治理大量虛電路時所造成的負(fù)擔(dān)而言，都存在很大的局限性。由于MPLS技術(shù)采用的標(biāo)簽分配協(xié)議僅在相鄰的LSR對等體之間進行通信，每臺LSR均可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層的拓樸建立相應(yīng)的LSP，因而有效解決了重疊模型中因全網(wǎng)狀連接所帶來的N2條邏輯鏈路的擴展問題。
　　
　　2．利用單一的轉(zhuǎn)發(fā)機制同時支持多種業(yè)務(wù)
　　
　　MPLS利用短小且長度固定（4字節(jié)）的標(biāo)簽，采用精確匹配的尋徑方式取代了傳統(tǒng)路由器的最長匹配尋徑方式。相比較而言。標(biāo)簽的編碼結(jié)構(gòu)遠比IP報頭封裝機制簡單，因此MPk技術(shù)可以通過升級現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，很輕易地構(gòu)建高速交換的LSR。
　　
　　傳統(tǒng)上ISP總是通過專門化的網(wǎng)絡(luò)把多種業(yè)務(wù)劃分開，以適應(yīng)各種特定業(yè)務(wù)的需求。隨著Internet的發(fā)展，業(yè)界一致認(rèn)為應(yīng)該建設(shè)一個可同時提供多種混合業(yè)務(wù)且基于分組的網(wǎng)絡(luò)。雖然傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)和更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以被集中到同一個IP網(wǎng)絡(luò)中，但是眾多企業(yè)仍不斷尋求更先進更專業(yè)化的業(yè)務(wù)以適應(yīng)它們特定的要求。針對于此，ISP必須能夠基于多種因素動態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)需求，這些因素包括：特定業(yè)務(wù)流的帶寬分配和傳輸性能（QoS/CoS）等。顯然目前的IP網(wǎng)還遠不能實現(xiàn)這一目標(biāo)，而MPLS的一大優(yōu)勢就是可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通過單一的標(biāo)簽交換機制同時支持多種IP混合業(yè)務(wù)。并可以在現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)中實施該技術(shù)。這種方式不僅節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，而且易于網(wǎng)絡(luò)治理與維護，從而為ISP節(jié)省了大量的運營成本。
　　
　　3．邊緣節(jié)點功能與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點功能分離
　　
　　MPLS在網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點之間構(gòu)建端到端的服務(wù)，其目的主要是分離網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的功能。通過在邊緣節(jié)點實施特定規(guī)范，可使其具備基于QoS的選路功能，而網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點主要用于保證數(shù)據(jù)的有效傳輸。ISP與用戶依照服務(wù)等級協(xié)定（SLA）來確立網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點的實施規(guī)范，其中包括邊緣節(jié)點傳輸、標(biāo)志擁塞、丟棄報文等流量調(diào)節(jié)操作。
　　
　　4．標(biāo)簽合并（Label Merge）
　　
　　標(biāo)簽合并是指：假如來自MPLS域內(nèi)不同邊緣入節(jié)點（Ingress LSR）且攜帶不同入標(biāo)簽值的多條業(yè)務(wù)流，均被網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的某個節(jié)點LSRn所接收，并且從該LSRn開始直到MPLS域內(nèi)邊緣出節(jié)點（Egress LSR）為止，它們的標(biāo)簽交換路徑是完全相同的。那么就在節(jié)點LSRn處將上述不同的業(yè)務(wù)流映射到同一個出標(biāo)簽，并沿同一條LSP轉(zhuǎn)發(fā)到邊緣出口節(jié)點。標(biāo)簽合并是MPLS的一項重要功能，它有兩個明顯的優(yōu)點：大量節(jié)省轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)簽的使用數(shù)量，減少LSR對于每個標(biāo)簽的控制負(fù)擔(dān)。
　　
　　標(biāo)簽合并功能對于L2層的傳輸有著深遠的影響，對于ATM或幀中繼鏈路而言，MPLS的頂層標(biāo)簽是直接存放在相應(yīng)的信元頭中的VPI／VCI或幀頭中的DLCI字段內(nèi)。其標(biāo)簽資源十分有限。對于ISP而言，為了在提高網(wǎng)絡(luò)利用率的同時，盡量減少網(wǎng)絡(luò)運行成本，需要在同一個ATM／幀中繼骨干網(wǎng)上既支持傳統(tǒng)的ATM／幀中繼業(yè)務(wù)又要運行MPLS，這就要求LSR的特定端口必須同時具備MPLS功能和標(biāo)準(zhǔn)的L2層轉(zhuǎn)發(fā)功能，二者使用同一端口內(nèi)不同的標(biāo)簽空間，相互獨立運行。此種方式意味著在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存在兩種轉(zhuǎn)發(fā)方式卻共用同一有限的端口資源。因而，若此LSR處于一個很大的網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)簽合并的功能就顯得尤為重要。
　　
　　5、顯式路由
　　
　　顯式路由技術(shù)（ER）與IP協(xié)議中定義的源路由技術(shù)十分相似，但又存在著重大區(qū)別。源路由技術(shù)要求在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)拿恳粋€IP報文部要攜帶用于明確標(biāo)識整條路徑的IP地址，其傳輸開銷太大，使得網(wǎng)絡(luò)負(fù)載難以承受，因而難以得到實際應(yīng)用。而MPLS僅在建立特定ISP時，才要求在標(biāo)簽分配信令中攜帶明確的標(biāo)簽交換路徑信息，而非具體針對到每個IP傳輸報文，因此MPLS中的顯式路由技術(shù)得到了廣泛的實際應(yīng)用。事實上，顯式路由以及下文將要描述的流量工程和QoS路由功能是MPLS作為下一代Internet寬帶技術(shù)最為顯著的技術(shù)優(yōu)勢。
　　
　　6．多種標(biāo)簽映射方法
　　
　　通常，LSP的建立基于標(biāo)準(zhǔn)的IP路由協(xié)議，如OSPF。此外MPLS為邊緣標(biāo)簽交換路由器的標(biāo)簽映射方式提供了多種算法，充分顯式了其技術(shù)上的靈活性，其中包括：
　　
　　·服務(wù)類別。它與基于目的地址前綴的判別方式相似，答應(yīng)不同的標(biāo)簽在網(wǎng)絡(luò)中接受不同的QoS。
　　
　　·應(yīng)用流。在查看報文源和目的地址時，同時檢查其他L3層或L4層的信息，這種方式可為路徑選取提供更精細(xì)的粒度。
　　
　　·多點廣播。通過使用獨立多點廣播協(xié)議（PIM），MPLS技術(shù)能夠使ATM交換機直接支持PIM并完全集成到IP的環(huán)境（甚至VPN）中文持IP多點廣播服務(wù)。
　　
　　·顯式路由。通過顯式路由，網(wǎng)絡(luò)治理員可以在各節(jié)點問的主干線上平衡負(fù)載，即通過第3層路由器（LSR）取代傳統(tǒng)的手工配置口層PVC方式，輕松實現(xiàn)對Internet的流量規(guī)劃。
　　
　　·VPN。MPLS技術(shù)還可以用來支持在普通IP網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)多層重疊IP地址空間，即根據(jù)報文的目的地址以及VPN編碼聯(lián)合組建多個IP專用網(wǎng)。
　　
　　7．流量工程
　　
　　流量工程是指根據(jù)各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的特性選取傳輸路徑的處理過程。流量工程用于平衡網(wǎng)絡(luò)中的不同交換機、路由器以及鏈路之間的負(fù)載。ISP通過流量工程可以在保證網(wǎng)絡(luò)運行高效、可靠的同時，對網(wǎng)絡(luò)資源的利用率與流量特性加以優(yōu)化，從而便于對網(wǎng)絡(luò)實施有效的監(jiān)測治理措施。在現(xiàn)今于用IP Over ATM／幀中繼重疊模型的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，網(wǎng)管人員只能通過手工配置PVC以實現(xiàn)流量工程，此外由于網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障節(jié)點的下確定性。技術(shù)人員很難在網(wǎng)絡(luò)中配置出與IP可恢復(fù)性機制相似的備份PVC。而對于以路由器為核心的網(wǎng)絡(luò)，只能依靠改變路由的度量權(quán)值平衡鏈路負(fù)載。隨著當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和復(fù)雜性的不斷增加，基于度量權(quán)值的流量控制變得越來越復(fù)雜，以至于難以實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)帶寬的全面綜合的利用，因而無法有效實施流量工程。
　　
　　MPLS技術(shù)可通過特定的QoS路由算法，采用離線方式計算出網(wǎng)絡(luò)內(nèi)對應(yīng)不同業(yè)務(wù)流的所有可行的標(biāo)簽交換路徑，即將要求特定QoS的業(yè)務(wù)流直接映射到網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的物理拓?fù)渖希⑼ㄟ^標(biāo)簽

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